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不久前国产科幻之光《流浪地球》,主角刘户口在地球即将报销之时,想出了一个近似疯狂的解决方案一点燃木星。木星能不能被点燃不知道,不过你可以在家里点燃葡萄。
曾幾何时,葡萄成了YouTube上的“大明星”。在大量的视频中,“厨房科学家”把一颗葡萄切成两半,只留下连接两边的一小块皮,然后把它放进微波炉。几秒钟后,两颗葡萄碰在一起的地方,就会喷出炽热的烈焰。你不但会失去你的葡萄,还很可能失去你的微波炉、厨房、甚至房子……四舍五入差不多等于造了个太阳啊朋友们!
这个现象被发现之后一直没有完整的科学解释,直到最近,物理学家阿伦,史莱普科夫(Aaron D.Slepkov)在反复实验后终于得到了满意的结论。
过去的理论认为,葡萄是富含钾、钠离子的水果,所以在微波环境下,它的共振热度会比较高,同时连接两个葡萄半球的一小块皮,会更集中产生钾钠离子,导致它们迸发出火焰。然而这个解释并不正确。
加拿大特伦特大学(Trent University)的史莱普科夫教授推翻了原来的结论,他认为葡萄火焰的关键不在“皮桥”,无论是对半切开但仍“藕断丝连”的葡萄,还是两粒靠在一起的葡萄,都是富含电解质的“水球”,当微波加热时,能量集中到两者的接触点上。短时间内接触点聚集巨大的能量,并产生强大的电场。这强大的电场让葡萄内的离子迅速成为电浆体(plasma),也就是物质的离子态,并释放出光和热。
史莱普科夫1995年在一个名为《Fun with Grapes》的网站上首次看到这个现象,对此感到非常着迷,在他拿到学位并且有了教职之后,成立疯狂科学:好奇心驱动研究室(Mad Science:curiosity一driven inquiry),而微波葡萄就称为“微波生物光子学”。
史莱普科夫和哈塔克(Hamza K.Khattak)还有康考迪亚大学的比亚努奇(Pablo Bianucci)从此跟微波炉和葡萄杠上了。整个实验过程中,无数的葡萄和12台微波炉英勇捐躯。疯狂的物理学家们给这些为科学献身的微波炉起了名字,什么乔治一世、乔治二世、耶稣、阿伯特、托马斯……简直是一将功成万骨枯。
好消息是,这些葡萄和微波炉并没有白白牺牲。史莱普科夫、哈塔克和比亚努奇的论文《从葡萄间的等离子体现象到水性聚体的微波共振》近日发表在了顶级学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,实在想不到,连PNAS这么浓眉大眼的严肃学术期刊也开始捧场了。虽然看起来是一本正经的胡说八道,但这当中的含金量可比翟天临的博士论文靠谱得多。
排除了表面导电性和内部结构的因素,史莱普科夫等人总结出了什么样的东西才能被微波炉叮爆:两颗球状、主要成分是水、不能超过葡萄大小、距离够近。
不止是两颗葡萄,两颗樱桃、鹌鹑蛋、个头稍大的蓝莓、或自制的水凝胶珠,只要两个物体的间距小于3毫米,都可以复制相同的效果。
史莱普科夫说,这种现像是由含钠和钾的带电分子引发,微波炉开启后,电磁共振效应对高解质的含水球特别有效,会强化微波的效果,然而球型却会把这些微波包裹不会散逸,使内部的微波强度提升,需要找一个出口,也就是两球相接处,于是此处的微波更强,把原来溶于水中的钾钠离子,直接升到离子态,变成离子火焰的形式,这和闪电是类似的。
微波炉的原理;是食物中的极性分子被微波振荡而发热。因此,在实际使用微波炉时,我们会发现食物不像正常情况下由外而内变热,反而是从内部开始加热的。这也是鸡蛋也在“微波黑名单”上的原因。鸡蛋内部的蛋黄会率先过热,剧烈膨胀超过蛋壳的承受范围,瞬间爆裂。
不过,不是任何的球状物都会被叮爆,水是一个至关重要的因素。在微波炉的频段里,水的介电常数比较大,即对微波的吸收率很小,可以困住大量微波。两个水球形成了共振腔,犹如一个陷阱,将各自困住的微波在交界处叠加起来。为了证明等离子体共振腔的形成与葡萄的其他内部成分和脉络无关,史莱普科夫等人用纯净水做出了两个大小与葡萄相似的水凝胶珠,用氯化钠溶液短暂浸泡后放入微波炉,果然也发生了爆炸。
尺寸是另一个重要的因素,微波是一类具有特定波长的电磁波,而电磁波又十分“在意”物体的尺寸。如果你的尺寸比电磁波大很多,那它拿你没有办法,但是如果你的尺寸与之相近,就会发生很有意思的现象。我们常用的家用微波炉发射的电磁波频率为2.5GHz,根据换算公式可以得出电磁波在空气中的波长为12.5厘米,而在水溶液中是1.5厘米。这个数值就十分关键了,一颗葡萄的尺寸差不多也就是1.5厘米!
更大的“水球”,比如西红柿,就不太容易威胁到你的厨房了。研究团队分别对微波炉里两种尺寸的水凝胶珠进行热成像分析。两颗直径1.6厘米的水凝胶珠(葡萄大小)在交界处出现了明显的热点区域,而两颗直径4.5厘米的水凝胶珠则出现了几处分散的热点。
研究了这么久,总算把点燃葡萄的法子弄清楚了。那么这项研究能派上什么用场?还是像“没有太阳光绝对不会亮的太阳能手电筒”一样毫无存在的价值?科学家们也想到了这个问题,他们认为,此项研究能作为纳米光学共振现象的模型来研究,更多的是这些原理能用来设计和制作“无源全向无线天线”“高分辨率微波激发和成像”等等。
曾幾何时,葡萄成了YouTube上的“大明星”。在大量的视频中,“厨房科学家”把一颗葡萄切成两半,只留下连接两边的一小块皮,然后把它放进微波炉。几秒钟后,两颗葡萄碰在一起的地方,就会喷出炽热的烈焰。你不但会失去你的葡萄,还很可能失去你的微波炉、厨房、甚至房子……四舍五入差不多等于造了个太阳啊朋友们!
这个现象被发现之后一直没有完整的科学解释,直到最近,物理学家阿伦,史莱普科夫(Aaron D.Slepkov)在反复实验后终于得到了满意的结论。
过去的理论认为,葡萄是富含钾、钠离子的水果,所以在微波环境下,它的共振热度会比较高,同时连接两个葡萄半球的一小块皮,会更集中产生钾钠离子,导致它们迸发出火焰。然而这个解释并不正确。
加拿大特伦特大学(Trent University)的史莱普科夫教授推翻了原来的结论,他认为葡萄火焰的关键不在“皮桥”,无论是对半切开但仍“藕断丝连”的葡萄,还是两粒靠在一起的葡萄,都是富含电解质的“水球”,当微波加热时,能量集中到两者的接触点上。短时间内接触点聚集巨大的能量,并产生强大的电场。这强大的电场让葡萄内的离子迅速成为电浆体(plasma),也就是物质的离子态,并释放出光和热。
史莱普科夫1995年在一个名为《Fun with Grapes》的网站上首次看到这个现象,对此感到非常着迷,在他拿到学位并且有了教职之后,成立疯狂科学:好奇心驱动研究室(Mad Science:curiosity一driven inquiry),而微波葡萄就称为“微波生物光子学”。
史莱普科夫和哈塔克(Hamza K.Khattak)还有康考迪亚大学的比亚努奇(Pablo Bianucci)从此跟微波炉和葡萄杠上了。整个实验过程中,无数的葡萄和12台微波炉英勇捐躯。疯狂的物理学家们给这些为科学献身的微波炉起了名字,什么乔治一世、乔治二世、耶稣、阿伯特、托马斯……简直是一将功成万骨枯。
好消息是,这些葡萄和微波炉并没有白白牺牲。史莱普科夫、哈塔克和比亚努奇的论文《从葡萄间的等离子体现象到水性聚体的微波共振》近日发表在了顶级学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,实在想不到,连PNAS这么浓眉大眼的严肃学术期刊也开始捧场了。虽然看起来是一本正经的胡说八道,但这当中的含金量可比翟天临的博士论文靠谱得多。
排除了表面导电性和内部结构的因素,史莱普科夫等人总结出了什么样的东西才能被微波炉叮爆:两颗球状、主要成分是水、不能超过葡萄大小、距离够近。
不止是两颗葡萄,两颗樱桃、鹌鹑蛋、个头稍大的蓝莓、或自制的水凝胶珠,只要两个物体的间距小于3毫米,都可以复制相同的效果。
史莱普科夫说,这种现像是由含钠和钾的带电分子引发,微波炉开启后,电磁共振效应对高解质的含水球特别有效,会强化微波的效果,然而球型却会把这些微波包裹不会散逸,使内部的微波强度提升,需要找一个出口,也就是两球相接处,于是此处的微波更强,把原来溶于水中的钾钠离子,直接升到离子态,变成离子火焰的形式,这和闪电是类似的。
微波炉的原理;是食物中的极性分子被微波振荡而发热。因此,在实际使用微波炉时,我们会发现食物不像正常情况下由外而内变热,反而是从内部开始加热的。这也是鸡蛋也在“微波黑名单”上的原因。鸡蛋内部的蛋黄会率先过热,剧烈膨胀超过蛋壳的承受范围,瞬间爆裂。
不过,不是任何的球状物都会被叮爆,水是一个至关重要的因素。在微波炉的频段里,水的介电常数比较大,即对微波的吸收率很小,可以困住大量微波。两个水球形成了共振腔,犹如一个陷阱,将各自困住的微波在交界处叠加起来。为了证明等离子体共振腔的形成与葡萄的其他内部成分和脉络无关,史莱普科夫等人用纯净水做出了两个大小与葡萄相似的水凝胶珠,用氯化钠溶液短暂浸泡后放入微波炉,果然也发生了爆炸。
尺寸是另一个重要的因素,微波是一类具有特定波长的电磁波,而电磁波又十分“在意”物体的尺寸。如果你的尺寸比电磁波大很多,那它拿你没有办法,但是如果你的尺寸与之相近,就会发生很有意思的现象。我们常用的家用微波炉发射的电磁波频率为2.5GHz,根据换算公式可以得出电磁波在空气中的波长为12.5厘米,而在水溶液中是1.5厘米。这个数值就十分关键了,一颗葡萄的尺寸差不多也就是1.5厘米!
更大的“水球”,比如西红柿,就不太容易威胁到你的厨房了。研究团队分别对微波炉里两种尺寸的水凝胶珠进行热成像分析。两颗直径1.6厘米的水凝胶珠(葡萄大小)在交界处出现了明显的热点区域,而两颗直径4.5厘米的水凝胶珠则出现了几处分散的热点。
研究了这么久,总算把点燃葡萄的法子弄清楚了。那么这项研究能派上什么用场?还是像“没有太阳光绝对不会亮的太阳能手电筒”一样毫无存在的价值?科学家们也想到了这个问题,他们认为,此项研究能作为纳米光学共振现象的模型来研究,更多的是这些原理能用来设计和制作“无源全向无线天线”“高分辨率微波激发和成像”等等。